專(zhuān)利名稱(chēng)：電容感應(yīng)式指示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用來(lái)控制電腦游標(biāo)的指示裝置，尤其是指一種電容感應(yīng)式指示裝置。
指示裝置(pointing device)通常是用來(lái)控制電腦畫(huà)面上的游標(biāo)或是影像的移動(dòng)，常用的指示裝置包含有鼠標(biāo)(mouse)，跟蹤球(track ball)，數(shù)字化儀(digitizer)，操縱桿(joystick)，點(diǎn)搖桿(pointstick)等等。其中點(diǎn)搖桿的體積是所有指示裝置中最小的，因此很容易的可以安裝在電腦鍵盤(pán)上。點(diǎn)搖桿通常是由一個(gè)很小的垂直搖桿或按鍵以及數(shù)個(gè)用來(lái)感測(cè)搖桿搖動(dòng)方向的壓敏電阻所構(gòu)成。這些壓敏電阻通常是安裝在搖桿底端的四周，當(dāng)搖桿的上端被朝某一方向壓動(dòng)時(shí)，這些壓敏電阻會(huì)感受到不同的壓力因而使電阻值產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的變化，通過(guò)定期的測(cè)量這些電阻值以及計(jì)算它們的變化就可以得知搖桿被壓動(dòng)的方向以及壓動(dòng)力量的大小，由這些數(shù)據(jù)就可產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)以控制電腦游標(biāo)的移動(dòng)。
點(diǎn)搖桿使用壓敏電阻的缺點(diǎn)是它需要靠施于搖桿頂端的壓力大小而非搖桿頂端的移動(dòng)量來(lái)控制游標(biāo)的位移量，因此使得游標(biāo)的位移不易受到精確的控制，這是由于手指對(duì)位移量的控制遠(yuǎn)比施力大小的控制來(lái)的精確。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種可由搖桿頂端的移動(dòng)量來(lái)控制游標(biāo)位移的電容感應(yīng)式指示裝置以解決上述問(wèn)題。
本發(fā)明提供一種電容感應(yīng)式指示裝置，包括(1)一電路基板，其上包括一圓心，以及一第一導(dǎo)電薄片設(shè)于該圓心在一第一方向上的一側(cè)；(2)一上蓋，以一種可搖動(dòng)的方式安裝在電路基板的圓心上，該上蓋包括一底邊，其上設(shè)有一上導(dǎo)電薄片，該上導(dǎo)電薄片與該第一導(dǎo)電薄片形成一第一電容；以及(3)一測(cè)量裝置，電連接于該上導(dǎo)電薄片及該第一導(dǎo)電薄片，用來(lái)測(cè)量該第一電容并產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的指示信號(hào)；其中當(dāng)該上蓋被搖動(dòng)時(shí)，該上導(dǎo)電薄片與該第一導(dǎo)電薄片間的距離產(chǎn)生變化并因此改變?cè)摰谝浑娙莸碾娙葜担摐y(cè)量裝置則將測(cè)量所得的電容值轉(zhuǎn)換成該上蓋在該第一方向上的位置并將其反映在該指示信號(hào)中。
本發(fā)明還提供一種電容感應(yīng)式指示裝置，包括(1)一電路基板，其上包括一圓心，一第一導(dǎo)電薄片設(shè)于該圓心在一第一方向上的一側(cè)，一第二導(dǎo)電薄片設(shè)于該圓心于一第二方向上的一側(cè)，以及一下導(dǎo)電薄片設(shè)于該圓心之上；(2)一上蓋，以一種可搖動(dòng)的方式安裝于該電路基板的圓心上，該上蓋包括一底邊，其上設(shè)有一上導(dǎo)電薄片，該上導(dǎo)電薄片涵蓋于該第一導(dǎo)電薄片、第二導(dǎo)電薄片以及下導(dǎo)電薄片之上，該上蓋與該第一導(dǎo)電薄片形成一第一電容、與該第二導(dǎo)電薄片形成一第二電容、以及與該下導(dǎo)電薄片形成一連接電容，該第一電容與該第二電容分別與該連接電容相串聯(lián)；以及(3)一測(cè)量裝置，電連接于第一導(dǎo)電薄片、第二導(dǎo)電薄片以及該下導(dǎo)電薄片，用來(lái)測(cè)量該第一電容與連接電容所構(gòu)成的第一串聯(lián)電容以及該第二電容與連接電容所構(gòu)成的第二串聯(lián)電容，并產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的指示信號(hào)；其中當(dāng)該上蓋被搖動(dòng)時(shí)，該上導(dǎo)電薄片與該第一導(dǎo)電薄片及第二導(dǎo)電薄片間的距離產(chǎn)生變化，并因此改變?cè)摰谝淮?lián)電容及第二串聯(lián)電容的電容值，而該測(cè)量裝置則可將測(cè)量所得的第一串聯(lián)電容及第二串聯(lián)電容的電容值轉(zhuǎn)換成該上蓋在該第一方向及第一方向上的位置并將其反映在該指示信號(hào)中。
采用本發(fā)明的電容感應(yīng)式指示裝置，可以更精確地控制游標(biāo)的位移量。


圖1為本發(fā)明電容感應(yīng)指示裝置的示意圖。
圖2為圖1沿切線(xiàn)2-2的剖面圖。
圖3為本發(fā)明指示裝置的電路基板的頂視圖。
圖4為本發(fā)明指示裝置的上蓋的底視圖。
圖5為圖1指示裝置電容部分的等效電路圖。
圖6顯示一電容測(cè)量電路。
圖7顯示圖1測(cè)量裝置的電路圖。
請(qǐng)參考圖1至圖4。圖1為本發(fā)明電容感應(yīng)式指示裝置10的示意圖，圖2為指示裝置10沿切線(xiàn)2-2的剖面圖，圖3為指示裝置10的電路基板12的頂視圖，而圖4則為指示裝置10的上蓋14的底視圖。
指示裝置10包含有一電路基板12；一塑料上蓋14，以一種可搖動(dòng)的方式安裝于電路卡板12上；以及一測(cè)量裝置16?；?2包含有一圓心位置18；一第一導(dǎo)電薄片20，設(shè)于圓心18在X方向上的一側(cè)；一第二導(dǎo)電薄片22，設(shè)于圓心18在Y方向上的一側(cè)；一第三導(dǎo)電薄片24，設(shè)于圓心18與X方向相反的一側(cè)(-X方向)；一第四導(dǎo)電薄片26，設(shè)于圓心18與Y方向相反的一側(cè)(-Y方向)；以及一下導(dǎo)電薄片28設(shè)于圓心18之上。X方向與Y方向相互垂直。導(dǎo)電薄片20、22、24、26、及28分別經(jīng)由連接線(xiàn)30、32、34、36及38與測(cè)量裝置16相互電連接?；?2所有的導(dǎo)電薄片及連接線(xiàn)都是由銅箔蝕刻的方式制成，銅箔的表面可以鍍錫或是鍍金以防止氧化。
上蓋14是由塑料材料制成，它是以一種可搖動(dòng)的方式安裝于基板的圓心18上。上蓋14包含有一略呈扁平狀的硬圓片上40；一圓形周邊46，圍繞在圓片40的四周，以一種可搖動(dòng)的方式將圓片40固定于基板12之上；一向上凸起的搖桿42設(shè)于圓片40的上端；以及一向下凸起的支撐點(diǎn)44。搖桿42是位于圓心18的上方，它被用來(lái)以圓心18為中心朝向各個(gè)方向搖動(dòng)上蓋14的圓片40，而支撐點(diǎn)44則是向下觸接于圓心18之上，用來(lái)使上蓋14能夠以圓心18為中心朝向各個(gè)方向搖動(dòng)。圓形周邊46具有相當(dāng)?shù)膹椥裕蛇m度被拉長(zhǎng)或壓縮，它的功能有如一個(gè)圓形的彈簧，用來(lái)將圓片40、搖桿42及支撐點(diǎn)44維持在一個(gè)近似垂直的位置，并允許圓片40在一個(gè)預(yù)定的角度內(nèi)四處搖動(dòng)。
上蓋14的圓片40的底邊48設(shè)有一圓形的上導(dǎo)電薄片50，它的外徑和圖3所示的導(dǎo)電薄片部分相同。上導(dǎo)電薄片50由導(dǎo)電材料例如鋁箔所構(gòu)成，它的表面涂有一層絕緣薄膜，用來(lái)防止上導(dǎo)電薄片50直接觸及基板12上的各個(gè)導(dǎo)電薄片。上導(dǎo)電薄片50涵蓋于第一導(dǎo)電薄片20、第二導(dǎo)電薄片22、第三導(dǎo)電薄片24、第四導(dǎo)電薄片26以及下導(dǎo)電薄片28之上。上導(dǎo)電薄片50與第一導(dǎo)電薄片形成一電容C1、與第二導(dǎo)電薄片22形成一電容C2、與第三導(dǎo)電薄片24形成一電容C3、與第四導(dǎo)電薄片26形成一電容C4、以及與下導(dǎo)電薄片28形成一連接電容C0。電容C1、C2、C3及C4分別與連接電容C0相串聯(lián)，圖5顯示這五個(gè)電容的等效電路52。
電容C1、C2、C3、C4及C0均為平行板型的電容結(jié)構(gòu)，這種電容的電容值與二導(dǎo)體薄片間相互重疊區(qū)域的面積成正比，而和二導(dǎo)體薄片間的距離成反比。因此，當(dāng)搖桿42向某一方向搖動(dòng)時(shí)，圓片40會(huì)跟著被帶動(dòng)，此時(shí)在搖動(dòng)方向上的上下兩片導(dǎo)體薄片間的距離會(huì)減小，因此使得其間的電容量值增加。在搖動(dòng)方向的相反方向上的上下兩片導(dǎo)體薄片間的距離會(huì)加大，因此使得其間的電容值會(huì)減小。通過(guò)測(cè)量某一方向上的電容的電容值，就可以知道上蓋14的搖桿42或是圓片40在該方向上的位置。而如果可以同時(shí)測(cè)得某一方向的正向以及反向上的兩個(gè)電容的電容值，則就可以精確的算出上蓋14的搖桿42或是圓片40在該方向上的角度。
上蓋14在某一方向上的位置或是角度通常會(huì)被解釋為使用者希望在該方向上推動(dòng)電腦游標(biāo)的速度，也就是說(shuō)搖桿42在某一方向上被搖動(dòng)的角度越大，電腦游標(biāo)在銀幕上相對(duì)應(yīng)方向上的移動(dòng)速度也就越快。在圖3中，導(dǎo)電薄片20、22、24及26是被設(shè)置在圓心18周?chē)膫€(gè)相互垂直的方向上，也就是X方向、Y方向、-X方向及-Y方向。經(jīng)由測(cè)量這四個(gè)導(dǎo)電薄片所構(gòu)成的電容C1、C2、C3及C4就可以精確地算出上蓋14在X方向及Y方向上的角度。
請(qǐng)參考圖5。圖5為圖1指示裝置10電容部分的等效電路圖。電容C1、C2、C3及C4分別與連接電容C0相串聯(lián)，這五個(gè)電容都是可變電容，它們的個(gè)別電容值隨著上蓋14的上導(dǎo)電薄片50與基板12上各個(gè)導(dǎo)電薄片間的距離而產(chǎn)生變化。其中構(gòu)成電容C0的下導(dǎo)電薄片28由于是對(duì)稱(chēng)地設(shè)置于圓心18的上方，它和上導(dǎo)電薄片50間的平均距離在搖動(dòng)時(shí)不會(huì)有很顯著的變化，因此電容C0的電容值可以大致視為是定值。而電容C1、C2、C3及C4也是對(duì)稱(chēng)地設(shè)置于圓心18的四個(gè)相互垂直的方向，它們的電容值在上蓋14處于直立狀態(tài)時(shí)是一樣的。電容C1、C2、C3及C4與電容C0所構(gòu)成的四個(gè)串聯(lián)電容C10、C20、C30及C40可分別由下列的四個(gè)式子來(lái)表示C10＝C1*C0/(C1+C0)C20＝C2*C0/(C2+C0)C30＝C3*C0/(C3+C0)C40＝C4*C0/(C4+C0)這四個(gè)串聯(lián)電容C10、C20、C30及C40可分別由四對(duì)連接線(xiàn)30-38、32-38、34-38及36-38測(cè)得。由于電容C0可近似視為是定值，因此電容C1、C2、C3及C4可分別由下列的四個(gè)式子計(jì)算出來(lái)C1＝C10*C0/(C0-C10)C2＝C20*C0/(C0-C20)C3＝C30*C0/(C0-C30)C4＝C40*C0/(C0-C40)當(dāng)上蓋14被搖動(dòng)時(shí)，上導(dǎo)電薄片50與構(gòu)成電容C1、C2、C3及C4的導(dǎo)電薄片間的距離會(huì)產(chǎn)生相互對(duì)稱(chēng)的變化，因此當(dāng)計(jì)算得知電容C1、C2、C3及C4在某一瞬間的電容值時(shí)，就可以得知上蓋14在該瞬間所在的角度。
請(qǐng)參考圖6。圖6顯示一電容測(cè)量裝置60用來(lái)測(cè)量一電容C的電容值。電容測(cè)量裝置60包含有一比較器62，其一端接有一參考電壓Vr，另一端則與一要測(cè)量的電容C相互電連接，一電流源64用來(lái)提供一定電流i，一開(kāi)關(guān)S2設(shè)于電流64源及電容C之間，以及另一開(kāi)關(guān)S1用來(lái)將電容C放電。
在開(kāi)始測(cè)量電容C的電容值前，開(kāi)關(guān)S2被切斷，而開(kāi)關(guān)S1則被接通以釋放出存留在電容C內(nèi)的電荷，使電容C兩端的電壓為0。開(kāi)始測(cè)量時(shí)，開(kāi)關(guān)S1被切斷，而開(kāi)關(guān)S2則被接通以使恒定電流i能對(duì)電容C充電，而此時(shí)另一計(jì)時(shí)器(未顯示)則開(kāi)始計(jì)時(shí)。在持續(xù)充電的情況下，當(dāng)電容C的電位超過(guò)參考電壓Vr后，比較器62產(chǎn)生一輸出信號(hào)用來(lái)中止計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)動(dòng)作。由于電流i為定值，因此電容C的充電時(shí)間和它的電容值成正比。因此由計(jì)時(shí)器所得的充電時(shí)間就可以得知電容C在某一時(shí)刻的電容值。
請(qǐng)參考圖7。圖7顯示圖1測(cè)量裝置16的電路圖。測(cè)量裝置16經(jīng)由連接線(xiàn)30、32、34、36及38與電容C10，C20，C30及C40相連接，而每一電容均連接至一電容測(cè)量裝置60用來(lái)測(cè)量各個(gè)電容的電容值。測(cè)量裝置16還包含有一控制電路84電連接于各個(gè)電容測(cè)量裝置60，用來(lái)控制電容測(cè)量的程序、測(cè)量各個(gè)電容的充電時(shí)間以計(jì)算各個(gè)電容的電容值并產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的指示信號(hào)，這些指示信號(hào)會(huì)傳輸?shù)揭粋€(gè)與測(cè)量裝置16的相連的電腦(未顯示)用來(lái)控制游標(biāo)的位移或是作其它的用途。
測(cè)量裝置16在一個(gè)預(yù)定頻率的周期內(nèi)測(cè)量每個(gè)電容的電容值以決定上蓋14在X方向及Y方向上的位置，頻率的大小通常是由使用的需求例如敏感度或搖動(dòng)速度來(lái)決定，一般是由每秒20次到每秒60次。
指示裝置10上的電容排列可以有很多種變化，例如它可以只保留電容C1或電容C1及C3使它成為一個(gè)僅能測(cè)試X方向搖動(dòng)的指示裝置，它也可以將置于四個(gè)相互垂直方向上的電容增加為六個(gè)或是八個(gè)以增進(jìn)它在方向測(cè)定上的精密度。此外，下導(dǎo)電薄片28也可以除去而將連接線(xiàn)38直接用一根導(dǎo)線(xiàn)連接至上導(dǎo)電薄片50，但這很可能會(huì)增加制造上的復(fù)雜性和影響上蓋14的操作。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可作各種變化與修改而不偏離本發(fā)明的精神與范圍，這些均應(yīng)涵蓋于所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍中。
權(quán)利要求
1.一種電容感應(yīng)式指示裝置，包括(1)一電路基板，其上包括一圓心，以及一第一導(dǎo)電薄片設(shè)于該圓心在一第一方向上的一側(cè)；(2)一上蓋，以一種可搖動(dòng)的方式安裝在電路基板的圓心上，該上蓋包括一底邊，其上設(shè)有一上導(dǎo)電薄片，該上導(dǎo)電薄片與該第一導(dǎo)電薄片形成一第一電容；以及(3)一測(cè)量裝置，電連接于該上導(dǎo)電薄片及該第一導(dǎo)電薄片，用來(lái)測(cè)量該第一電容并產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的指示信號(hào)；其中當(dāng)該上蓋被搖動(dòng)時(shí)，該上導(dǎo)電薄片與該第一導(dǎo)電薄片間的距離產(chǎn)生變化并因此改變?cè)摰谝浑娙莸碾娙葜?，而該測(cè)量裝置則將測(cè)量所得的電容值轉(zhuǎn)換成該上蓋在該第一方向上的位置并將其反映在該指示信號(hào)中。
2.如權(quán)利要求1所述的指示裝置，該上蓋底邊設(shè)有一向下凸起的支撐點(diǎn)，觸接于該圓心之上，以使該上蓋得以該圓心為中心朝向各個(gè)方向搖動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的指示裝置，該上蓋包括一扁平圓片，其上端設(shè)有一向上凸起搖桿，位于該圓心的上方，該搖動(dòng)桿用來(lái)以該圓心為中心朝向各個(gè)方向搖動(dòng)該上蓋。
4.如權(quán)利要求1所述的指示裝置，該電路基板還包括一下導(dǎo)電薄片設(shè)于該圓心之上，該下導(dǎo)電薄片與該上蓋的上導(dǎo)電薄片間形成一連接電容，該連接電容與前述第一電容相串聯(lián)，而該測(cè)量裝置則電連接于該下導(dǎo)電薄片及該第一導(dǎo)電薄片，用來(lái)測(cè)量該相互串聯(lián)的第一電容及連接電容并產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的指示信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的指示裝置，該電路基板還包括一第二導(dǎo)電薄片設(shè)于該圓心在一第二方向上的一側(cè)，該第二導(dǎo)電薄片與該上導(dǎo)薄片形成一第二電容，而該測(cè)量裝置也電連接于該第二導(dǎo)電薄片，用來(lái)測(cè)量該第二電容并將測(cè)量所得的第一電容及第二電容的電容值轉(zhuǎn)換成該上蓋在該第一方向及第一方向上的位置并將其反映在該指示信號(hào)中。
6.如權(quán)利要求5所述的指示裝置，該第二方向與所述第一方向相互垂直。
7.如權(quán)利要求5所述的指示裝置，該第二方向與所述第一方向相反以使該測(cè)量裝置得以精確計(jì)算該上蓋在第一方向上的角度。
8.如權(quán)利要求1所述的指示裝置，該測(cè)量裝置在一預(yù)定的周期內(nèi)測(cè)量該第一電容的電容值以確定該上蓋在該第一方向上的位置。
9.一種電容感應(yīng)式指示裝置，包括(1)一電路基板，其上包括一圓心，一第一導(dǎo)電薄片設(shè)于該圓心于一第一方向上的一側(cè)，一第二導(dǎo)電薄片設(shè)于該圓心于一第二方向上之一側(cè)，以及一下導(dǎo)電薄片設(shè)于該圓心之上；(2)一上蓋，以一種可搖動(dòng)的方式安裝于該電路基板的圓心上，該上蓋包括一底邊，其上設(shè)有一上導(dǎo)電薄片，該上導(dǎo)電薄片涵蓋于該第一導(dǎo)電薄片、第二導(dǎo)電薄片以及下導(dǎo)電薄片之上，該上蓋與該第一導(dǎo)電薄片形成一第一電容、與該第二導(dǎo)電薄片形成一第二電容、以及與該下導(dǎo)電薄片形成一連接電容，該第一電容與該第二電容分別與該連接電容相串聯(lián)；以及(3)一測(cè)量裝置，電連接于第一導(dǎo)電薄片、第二導(dǎo)電薄片以及該下導(dǎo)電薄片，用來(lái)測(cè)量該第一電容與連接電容所構(gòu)成的第一串聯(lián)電容以及該第二電容與連接電容所構(gòu)成的第二串聯(lián)電容，并產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的指示信號(hào)；其中當(dāng)該上蓋被搖動(dòng)時(shí)，該上導(dǎo)電薄片與該第一導(dǎo)電薄片及第二導(dǎo)電薄片間的距離產(chǎn)生變化，并因此改變?cè)摰谝淮?lián)電容及第二串聯(lián)電容的電容值，而該測(cè)量裝置則可將測(cè)量所得的第一串聯(lián)電容及第二串聯(lián)電容的電容值轉(zhuǎn)換成該上蓋在該第一方向及第一方向上的位置并將其反映在該指示信號(hào)中。
10.如權(quán)利要求9所述指示裝置，該第二方向與該第一方向相反以使該測(cè)量裝置得以確定計(jì)算該上蓋于第一方向上的角度。
11.如權(quán)利要求9所述的指示裝置，該第二方向與該第一方向相互垂直。
12.如權(quán)利要求11所述的指示裝置，該電路基板還包括一第三導(dǎo)電薄片設(shè)于該圓心與該第一方向相反的一側(cè)，一第四導(dǎo)電薄片設(shè)于該圓心與該第二方向相反的一側(cè)，該第三及第四導(dǎo)電薄片分別與該上、下導(dǎo)電薄片形成一第三串聯(lián)電容及一第四串聯(lián)電容，而該測(cè)量裝置也分別電連接于該第三及第四導(dǎo)電薄片，并測(cè)量該第三及第四串聯(lián)電容；該測(cè)量裝置將測(cè)量所得四個(gè)電容值精確轉(zhuǎn)換成該上蓋于該第一方向及第一方向上的角度并將其反映在該指示信號(hào)中。
全文摘要
一種電容感應(yīng)式指示裝置,包括(1)電路基板,包含有一圓心以及第一導(dǎo)電薄片設(shè)于該圓心在一第一方向上之一側(cè);(2)上蓋,以可搖動(dòng)的方式安裝于電路基板的圓心上,該上蓋包含有一底邊,設(shè)有上導(dǎo)電薄片,該上導(dǎo)電薄片與該第一導(dǎo)電薄片形成一第一電容;以及(3)測(cè)量裝置,電連接于該上導(dǎo)電薄片及該第一導(dǎo)電薄片,用來(lái)測(cè)量該第一電容并產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)指示信號(hào)。其中當(dāng)該上蓋被搖動(dòng)時(shí),該上導(dǎo)電薄片與該第一導(dǎo)電薄片間的距離產(chǎn)生變化并因此而改變?cè)摰谝浑娙莸碾娙葜挡⑵浞从秤谠撝甘拘盘?hào)中。
文檔編號(hào)G06F3/033GK1201933SQ97112958
公開(kāi)日1998年12月16日 申請(qǐng)日期1997年6月10日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月10日
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